骨架植物防護(hù)在路基邊坡中的應(yīng)用

骨架植物防護(hù)在路基邊坡中的應(yīng)用研究1引言

隨著我國公路建設(shè)特別是高速公路建設(shè)的迅速發(fā)展，尊重自然、保護(hù)環(huán)境顯得尤為迫切、尤為重要。因此在公路坡面防護(hù)，特別是在高速公路等項(xiàng)目中突出“植物+工程”一體化防護(hù)設(shè)計(jì)的模式，把路基邊坡工程防護(hù)與生態(tài)防護(hù)結(jié)合起來，達(dá)到與環(huán)境因素高度協(xié)調(diào)。骨架植物防護(hù)以其較好的防護(hù)綠化美化效果、適用范圍廣及施工方便等優(yōu)點(diǎn)，目前在高速公路的路基邊坡防護(hù)中應(yīng)用很廣。本文結(jié)合xx至xx線xx至xx段高速公路采用的邊坡坡面防護(hù)形式，對目前常用的幾種骨架植物防護(hù)形式的適用條件、設(shè)計(jì)方法及作用機(jī)理進(jìn)行了探討，分析了邊坡植物防護(hù)的意義及草種選擇的原則。2地形、地質(zhì)概況

xx至xx線xx至xx段高速公路位于魯西南地區(qū)，處于魯中南山地丘陵區(qū)西端，為侵蝕、剝蝕構(gòu)造低山丘陵，路線線位處海拔50—290m，相對高差240m，地面起伏較大，山體走向一般為北西一南東向或東西向，山體較為陡峻，基巖出露，風(fēng)化剝蝕強(qiáng)烈，有豐富的基巖裂隙巖溶水，發(fā)育有巖溶。山脈之間被斷陷盆地切割，村莊密集，道路網(wǎng)四通八達(dá)，土質(zhì)主要為粘土、亞粘土、亞砂土等，基巖以石灰?guī)r為主，間雜有砂巖及泥巖層。3幾種骨架植物防護(hù)的技術(shù)措施

為防治路基病害和確保路基的穩(wěn)定，根據(jù)本區(qū)域的氣候、水文、地形、地質(zhì)條件等方面，并根據(jù)路基的填土高度、邊坡的坡率等因素，著重注意了環(huán)境保護(hù)和美化綠化進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。目前高速公路中常用的幾種骨架植物防護(hù)形式有多邊形混凝土預(yù)制空心塊植物防護(hù)、漿砌片石或水泥混凝土骨架植物防護(hù)以及錨桿混凝土框架植物防護(hù)等。3．1漿砌片石(混凝土)骨架植物防護(hù)

(1)漿砌片石(混凝土)骨架植物防護(hù)適用于緩于1：0．75的土質(zhì)和強(qiáng)風(fēng)化的巖石邊坡，防止邊坡受雨水侵蝕，避免土質(zhì)坡面上產(chǎn)生溝槽，加強(qiáng)對風(fēng)化層土體的支撐穩(wěn)固作用，其形式主要有拱形骨架、菱形(方格)骨架、人字形骨架等。實(shí)際上是將長大坡面分割成有若干骨架支撐的小塊土坡，進(jìn)行分而治之的有效措施。

(2)它具有規(guī)則的幾何形狀，造型美觀，當(dāng)骨架中間的草長起來后，綠白相間，具有較好的視覺效果。骨架的作用在于支撐和分割坡面，消除坡面較大范圍內(nèi)的相互漸變、牽引的影響，骨架的寬度及其間距，可視工程實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，常用的骨架寬度為0．5m，間距為2．0—3．0m。骨架嵌入坡體的深度應(yīng)嵌固在表層松土或強(qiáng)風(fēng)化層以下較堅(jiān)實(shí)的土層上，一般不應(yīng)小于0．5m；埋置較淺的骨架，往往從坡面的中部產(chǎn)生隆起變形，逐漸向上下擴(kuò)展，導(dǎo)致整個(gè)骨架的破壞。

(3)在本段高速公路中，對路基縱坡1％，路基填土高度H>6．0m，或者路基縱坡i<1％，路基填土高度H>4．0m的路堤邊坡采用了拱形骨架植草護(hù)坡，見圖1。當(dāng)路基的填土高度日>9．0m時(shí)可設(shè)置第三排拱。拱形骨架的立柱及護(hù)腳采用5cmX33cmX50cm長方體混凝土預(yù)制塊，拱圈部分采用圓心角30。，半徑為125cm長65cm弧形混凝土預(yù)制塊。另外，沿路基縱向每12—15m預(yù)留2cm寬的伸縮縫，縫內(nèi)填塞瀝青麻筋；在基底土質(zhì)有變化處設(shè)置沉降縫，設(shè)計(jì)要求同伸縮縫。

(4)由于拱形骨架護(hù)坡不是全封閉，拱圈內(nèi)坡面土體水分可以調(diào)節(jié)，可以避免產(chǎn)生較大的膨脹應(yīng)力。但由于邊坡土體表面仍處于可蠕動(dòng)的狀態(tài)，在降雨等條件下，埋置過淺的骨架將隨土體一起松動(dòng)，位移量過大時(shí)，將導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)的破壞。特別是構(gòu)筑在較陡坡面上的拱形骨架，受自身重力和雨水沖刷的作用，朝坡下一側(cè)的土體將會(huì)向下滑移而將骨架露出，致使支撐的骨架，應(yīng)力狀況發(fā)生變化，易發(fā)生破壞。因此，當(dāng)坡面受雨水沖刷嚴(yán)重或潮濕時(shí)，坡度應(yīng)緩于1：1。

(5)根據(jù)工程實(shí)踐和大量調(diào)查，拱形骨架護(hù)坡對坡面風(fēng)化土體的支撐穩(wěn)固作用較菱形(方格)骨架護(hù)坡更好。在一些地方甚至可以看到，有的拱形骨架下面表土局部塌空，但拱對上部坡面的支撐仍然良好。但是拱形骨架施工要比菱形(方格)入困難，一旦風(fēng)化界面效應(yīng)加劇，常常造成邊坡淺層滑坡，以至骨架遭到破壞，這種情況應(yīng)當(dāng)考慮設(shè)置支擋建筑物。3．2多邊形混凝土預(yù)制空心塊植物防護(hù)

(1)多邊形混凝土預(yù)制空心塊植物防護(hù)適用于緩于l：0．75的土質(zhì)邊坡和全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化的巖石路塹邊坡。其形式多樣，目前較多的采用六邊形空心塊。六邊形混凝土預(yù)制空心塊植物防護(hù)實(shí)際上同拱形骨架植草防護(hù)一樣，也是將邊坡坡面分割成由若干骨架支撐的小塊邊坡；但由于其較后者分割的面積要小，而且每個(gè)六邊形的六個(gè)邊同周圍的六個(gè)六邊形相互嵌擠(見圖3)，因此，其穩(wěn)定性和抗雨水侵蝕能力要比拱形骨架強(qiáng)得多。

(2)本項(xiàng)目中，對路基填土高度小于3．0m及松軟石質(zhì)挖方邊坡采用了六邊形空心塊植草護(hù)坡，其示意圖見圖2、圖3。多邊形空心預(yù)制塊的混凝土強(qiáng)度不應(yīng)低于C20級，厚度不應(yīng)小于150mm，空心預(yù)制塊內(nèi)應(yīng)填充種植土，噴播植草。埋置在大氣氣溫變化影響范圍內(nèi)的骨架都將會(huì)隨著氣溫的變化而熱脹冷縮，從而使骨架體存在著變形破壞的可能，因此，每隔l0—15in設(shè)置一道貫通坡腳封閉、坡面及坡頂封閉的伸縮縫。

(3)多邊形混凝土骨架防護(hù)具有施工容易、造型美觀、防護(hù)效果好等優(yōu)點(diǎn)，在邊坡高度不大的路塹坡面防護(hù)中較多地采用。3．3錨桿混凝土框架植草防護(hù)

(1)錨桿混凝土框架植草防護(hù)是近年來在總結(jié)錨桿掛網(wǎng)噴漿(混凝土)防護(hù)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)后發(fā)展起來的，它既保留了錨桿對風(fēng)化破碎巖石邊坡主動(dòng)加固作用，防止巖石邊坡經(jīng)開挖卸荷和爆破松動(dòng)而產(chǎn)生的局部楔形破壞，又吸收了漿砌片石(混凝土)骨架植草防護(hù)的造型美觀、便于綠化的優(yōu)點(diǎn)。適用于土質(zhì)邊坡和坡體中無不良結(jié)構(gòu)面、風(fēng)化破碎的巖石路塹邊坡。

(2)錨桿混凝土框架植草防護(hù)的形式有多種組合：錨桿混凝土框架+噴播植草、錨桿混凝土框架+掛三維土工網(wǎng)+噴播植草、錨桿混凝土框架+土工格室網(wǎng)+噴播植草、錨桿混凝土框架+混凝土空心塊+噴播植草等。

(3)在本項(xiàng)目中，對邊坡高度大于3．0m小于20．0in的較深路塹邊坡采用了錨桿混凝土框架+土工格室網(wǎng)+噴播植草的防護(hù)方案；邊坡高度小于l0．0in路段設(shè)一級邊坡，大于l0．0m的路段設(shè)二級邊坡；二級邊坡平臺設(shè)1．0m寬的三角形截水溝。其斷面圖見圖4。

(4)錨桿采用非預(yù)應(yīng)力的全長粘結(jié)性錨桿，錨桿保護(hù)層厚度不應(yīng)小于20mm，錨桿間距、長度應(yīng)根據(jù)邊坡地質(zhì)情況確定，在本工程中，錨桿孔內(nèi)粘結(jié)長度為4in，孔外30cm，錨固角度為l0°～35°，錨桿與坡面交角為坡角+a，錨桿構(gòu)造示意圖見圖5。

(5)骨架采用C20噴射鋼筋混凝土，并設(shè)+221I級螺紋鋼筋錨固于坡面；骨架框格內(nèi)坡面采用植物生長基質(zhì)+噴草籽防護(hù)，土工格網(wǎng)網(wǎng)距l(xiāng)5cm×20cm，由錨桿與錨固筋固定于坡面，錨固筋每平方米設(shè)置一根；土工格網(wǎng)縱橫向2％應(yīng)變下的抗拉力不得小于20kN／m；邊緣坡面采用網(wǎng)噴并由錨固筋固定。

(6)采用該工程措施的優(yōu)點(diǎn)，在于施工中可采用分層開挖、分層加固的施工方法，確保各級邊坡在施工中的安全、穩(wěn)定。由于每開挖一級邊坡，對該級邊坡進(jìn)行加固后再繼續(xù)開挖下級邊坡．可避免邊坡暴露時(shí)間過長，引起邊坡土體應(yīng)力松弛而導(dǎo)致強(qiáng)度降低，保證了每級邊坡的穩(wěn)定。

(7)土工格室網(wǎng)為多孔結(jié)構(gòu)，其開孔率為70％，這表明有30％的坡面被土工格室網(wǎng)覆蓋，可使坡面免受雨水直接沖擊；土工格室網(wǎng)的厚度一般為3—5mm，可構(gòu)成許多微型格室，防止土壤在地表的移動(dòng)和坡面土壤的淺層滑動(dòng)，阻止形成地表徑流；坡面植被弱小時(shí)，土工格室網(wǎng)有助于幼草生長和坡面防止雨水沖刷，起分散消能作用，當(dāng)植被生長茂盛后，土工格室網(wǎng)則與植物連接在一起，起到復(fù)合護(hù)坡的作用；土工格室網(wǎng)的格網(wǎng)結(jié)構(gòu)可對坡面表土溫度進(jìn)行微觀調(diào)節(jié)，促進(jìn)植被生長。4邊坡綠化的植物選擇

4．1植物防護(hù)的功能及意義

植被對路基邊坡防護(hù)作用主要是通過以下幾個(gè)方面的作用來實(shí)現(xiàn)：緩和雨滴的沖擊；截留雨水，減少坡面雨水徑流量；降低水流的速度；根系、匍匐莖等束縛土壤顆粒等。邊坡綠化，不但要考慮施工當(dāng)年綠化效果，還要考慮綠化的持久年限。植被美化環(huán)境、改善景觀等方面的作用主要表現(xiàn)如下。

(1)美化環(huán)境，減輕疲勞。適生性強(qiáng)的植物可以在公路周圍長期生存下來，形成整齊的綠帶、漂亮的景觀，提供給司乘人員美麗的景致，從而減輕司機(jī)的駕車疲乏、降低乘客的乘車疲勞。另外，井然有序的植被還可以誘導(dǎo)司機(jī)的視線，預(yù)防交通事故。

(2)凈化空氣、保護(hù)環(huán)境。綠色植物通過光合作用將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為碳水化合物，放出氧氣，并可在低濃度范圍內(nèi)吸收汽車尾氣中的各種污染性氣體、煙塵、微粒。而精心選擇的植物可以較好地抵抗公路周圍污染，吸收有害物質(zhì)，從而凈化公路周圍的環(huán)境。

(3)調(diào)節(jié)氣候、保護(hù)道路。道路附近的植被可以改善路面的溫度環(huán)境：夏天，植物通過對太陽輻射的吸收，可有效降低路面溫度；冬季，兩旁植物形成一條帶，使得已被吸收的太陽能較難散發(fā)出去，相對地提高了路面溫度。據(jù)有關(guān)試驗(yàn)：夏天公路邊坡的草地比邊坡裸露坡地氣溫低3．0～5．0°C，降低土溫2．0～4．0°C，而冬天可提高土溫3．0～5．0°C，最終使得路面冬暖夏涼，可以減少道路病害的發(fā)生，提高道路的使用壽命。

(4)改善環(huán)境，保持生態(tài)平衡。地球環(huán)境13益惡化，氣候變暖，水土流失嚴(yán)重，沙塵暴時(shí)有出現(xiàn)，人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境正失去其自身的平衡，利用公路兩側(cè)的土地資源栽植植物，綠化美化環(huán)境，給生物提供棲息之地，可維護(hù)生態(tài)平衡。4．2邊坡綠化的植物選擇原則

要求植物適應(yīng)性好，一般不會(huì)夭折或過早死亡，可以達(dá)到較好的效果，不需補(bǔ)種或重種，能節(jié)約資金，降低成本。選擇植被材料時(shí)除考慮根深、堅(jiān)固和涵養(yǎng)水能力強(qiáng)的品種外，還應(yīng)具備美感。邊坡綠化的植物的選擇應(yīng)綜合考慮以下幾個(gè)方面。

(1)與氣候、土壤條件相適應(yīng)。影響植物生長的最重要因素是氣候和土壤，植物種子的選擇及配置應(yīng)綜合考慮與氣候、土壤的適應(yīng)性，與氣候和土壤條件相適應(yīng)乃是植物正常生長的基礎(chǔ)。

(2)抗性強(qiáng)、耐貧瘠、耐粗放管理。公路路域的生態(tài)環(huán)境差，處于邊坡上的土壤干旱、瘠薄，為了適應(yīng)公路的管理特點(diǎn)，應(yīng)選擇耐干旱貧瘠、耐踐踏破壞、易粗放管理、再生能力強(qiáng)的植物。

(3)抗污染力強(qiáng)。公路周圍的環(huán)境受到汽車尾氣的嚴(yán)重污染，只有抗性好的植物才能在有污染的條件下長期生存。應(yīng)選擇侵占能力強(qiáng)、抗污吸污、抗病蟲害的草種。

(4)多年生、根系發(fā)達(dá)、邊坡防護(hù)作用好。邊坡種植植物的一大目的是防護(hù)邊坡。一年生植物冬季死亡，不能較好地起到控制土壤流失的作用，而只有根系發(fā)達(dá)，才能有效固結(jié)土壤，防護(hù)邊坡。并應(yīng)考慮草種的互補(bǔ)性：淺根和深根植物配合、豆科植物與禾本科植物配合、發(fā)育早與晚配合等。工程實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)表明，灌木和草配合效果十分理想。

(5)以鄉(xiāng)